أحد أمثلة المواقف التي تنهار عندها جاذبية نيوتن هو حين يتركز مقدار كبير للغاية من المادة في منطقة صغيرة للغاية من المكان. وحين يحدث هذا يكون تأثير الجاذبية قويا للغاية، ويكون المكان منحنيًا للغاية، لدرجة أن الضوء نفسه لا ينثني وحسب بل يُحبس ويطلق على جسم كهذا اسم «الثقب الأسود».

ترجع فكرة احتمال وجود الثقوب السوداء في الطبيعة إلى جون ميتشل، القس الإنجليزي، الذي طرحها عام 1783، كما ناقشها أيضًا لابلاس. إلا أن هذه الأجسام عادةً ما ترتبط بنظرية النسبية العامة لأينشتاين في الواقع، كان أحد أوائل الحلول الرياضية لمعادلات أينشتاين يصف هذه الأجسام. فقد تم التوصل إلى حل «شفارتزشيلد» عام 1916، بعد عام واحد فقط من نشر نظرية أينشتاين، وذلك على يد كارل شفارتزشيلد، الذي توفي بعد وقت قصير على الجبهة الشرقية في الحرب العالمية الأولى. يتوافق الحل مع التوزيع المتناظر كرويًا للمادة، وكان مقصودًا به في الأساس أن يشكل أساسًا لنموذج رياضي لأحد النجوم. لكن سريعًا ما أُدرك أن حل شفارتزشيلد يقضي بوجود نصف قطر حرج (يسمى الآن «نصف قطر شفارتزشيلد») لأي جسم مهما كانت كتلته. وإذا وقع جسم ضخم بالكامل داخل نصف قطر شفارتزشیلد الخاص به، فعندئذ لا يستطيع أي ضوء أن يُفلت من سطح هذا الجسم. بالنسبة لكتلة الأرض، يبلغ نصف القطر الحرج سنتيمترًا واحدًا فقط، بينما يبلغ في حالة الشمس ثلاثة كيلومترات. وكي يصل الجسم إلى مرحلة الثقب الأسود لا بد أن تنضغط مادته حتى مستويات كثافة استثنائية.

منذ العمل الرائد لشفارتزشيلد أُجريت دراسات عدة على الثقوب السوداء. ورغم أنه لا يوجد حتى الآن دليل دامغ غير قابل للدحض على وجود الثقوب السوداء في الطبيعة، فإن هناك عددًا كبيرًا من الأدلة الظرفية التي تقترح أن هذه الثقوب تقبع في قلب العديد من البنى الفلكية. ويُعتقد أن مجال الجاذبية الشديد المحيط بثقب أسود كتلته أكبر من كتلة الشمس بمائة مليون مرة هو المحرّك الذي يوجه السطوع الهائل لأنواع بعينها من المجرات. وتشير الدراسات الحديثة التي أُجريت على حركة النجوم قرب مراكز المجرات إلى وجود تركيزات قوية للغاية من المادة عادةً ما ترتبط بثقوب سوداء ذات كتل تقارب هذا الرقم. وثمة اعتقاد قوي باحتمال وجود ثقب أسود في قلب كل مجرة. وقد تتكون ثقوب سوداء ذات كتل أصغر كثيرًا في نهاية حياة النجم، حين تنضب مصادر طاقته وينهار على نفسه.

ثمة اهتمام كبير في وقتنا الحاضر بموضوع الثقوب السوداء، لكنها ليست ذات أهمية محورية في تطور علم الكونيات.

شكل 3: انحناء المكان. في غياب أي مصدر للجاذبية، ينتقل الضوء في خطوط مستقيمة. لكن إذا وجد جسم ضخم الكتلة بالقرب من مسار الضوء، يتسبب تشوه المكان في إنحناء شعاع الضوء.